LT4108B - Method and apparatus for laser marking of products from transparent materials - Google Patents
Method and apparatus for laser marking of products from transparent materials Download PDFInfo
- Publication number
- LT4108B LT4108B LT95-051A LT95051A LT4108B LT 4108 B LT4108 B LT 4108B LT 95051 A LT95051 A LT 95051A LT 4108 B LT4108 B LT 4108B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- laser
- intensity
- pulses
- area
- laser beam
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
- B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
- B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B44—DECORATIVE ARTS
- B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
- B44B7/00—Machines, apparatus or hand tools for branding, e.g. using radiant energy such as laser beams
Abstract
Description
Išradimas priklauso lazerinės optikos sričiai ir yra skirtas vidiniam kietos medžiagos gaminių ženklinimo būdui ir įrenginiui ir gali būti panaudotas skaidrios medžiagos gaminių ženklinimui , gaunant gerai matomą, nenutrinamą ženklinamą simbolį gaminio viduje.The present invention relates to the field of laser optics and is intended for an internal marking method and device for solids, and can be used to label transparent materials, providing a clearly visible, indelible marking on the product.
Išradime pagal tarptautinę paraišką WO 92/03297 yra aprašytas lazerinis ženklinimo būdas , apimantis ženklinimo vietos parinkimą ženklinamo gaminio viduje, lazerio spindulių pluošto , kurio neabsorbuoja gaminio medžiaga, koncentravimą pasirinktoje vietoje, gaminio medžiagos suardymą koncentravimo srityje, veikiant didelės energijos lazerio spindulių pluoštu, ir koncentravimo srities padėties keitimą gaminio viduje, sukuriant nustatyto pavidalo ženklą.The invention, according to International Application WO 92/03297, describes a laser marking method comprising selecting a marking site inside a product to be labeled, concentrating the laser beam not absorbed by the product material, selecting the product material in the concentration region by exposure to high energy laser beams. changing the position of the area inside the product by creating a fixed shape mark.
Minėtoje tarptautinėje išradimo paraiškoje WO 92/03297 yra aprašytas lazerinis ženklinimo įrenginys , skirtas minėtam ženklinimo būdui realizuoti, susidedantis iš lazerio, generuojančio didelės energijos šviesos spindulių pluoštą , kurio neabsorbuoja ženklinamo gaminio medžiaga, fokusavimo įrenginio , kuris sukoncentruoja lazerio spindulių pluoštą gaminio viduje pasirinktoje srityje, ir priemonės, keičiančios atitinkamai spindulių koncentravimo srities padėtį gaminio viduje, kad sukurtų nustatyto pavidalo ženklą.The aforementioned international patent application WO 92/03297 discloses a laser marking device for carrying out said marking method, comprising a laser generating a high-energy light beam not absorbed by the material of the article, a focusing device which concentrates the laser beam inside the article. and means for adjusting the position of the beam focus region within the product, respectively, to create a fixed shape mark.
Žinomo būdo ir įrenginio trūkumas yra tas , kad gautas ženklas yra nekontrastingas t.y. jis gali būti neryškus ir deformuotas, kadangi vykdant medžiagos suardymą gaminio viduje, ją veikia didelės energijos lazerio spindulių pluoštu. Maksimalus pluošte energijos tankis visoje fokusavimo srityje yra ne mažesnis kaip 10 J/cm 2, galingumas ne mažesnis kaip 10 7 W/cm 2 ir impulsų trukmė mažesnė kaip 10'6 s.Tokios energijos spindulių pluoštas gali pakeisti ne tik mechanines medžiagos savybes fokusavimo srityje ,dėl to susidaro suardytos medžiagos neskaidrumas, tačiau šis poveikis gali sukurti ir vidinius įtempimus , kurie savo ruožtu sukelia nekontroliuojamus skilimus aplink fokusavimo sritį arba siūlo formos pramušimus , einančius į paviršių, tai mažina ženklinimo ryškumą ir iškreipia jo formą.The disadvantage of the known method and device is that the resulting mark is non-contrasting, i.e. it can be blurred and deformed because it is exposed to high-energy laser beams during the destruction of the material inside the product. The beam has a maximum energy density of 10 J / cm 2 , a power of 10 7 W / cm 2 and a pulse duration of less than 10 ' 6 s throughout the focus area. This energy beam can change not only the mechanical properties of the material in the focus area , resulting in opacity of the degraded material, but these effects can also create internal stresses, which in turn cause uncontrolled cleavage around the focus area or offer surface breakouts that reduce the brightness and distortion of the markings.
Išradime pagal tarptautinę paraišką WO 94/14567 yra aprašytas kietos medžiagos gaminio vidinis ženklinimo būdas, apimantis ženklinimo vietos parinkimą ženklinamo gaminio viduje, lazerio spindulių pluošto , kurio neabsorbuoja gaminio medžiaga, koncentravimą pasirinktoje vietoje, gaminio medžiagos suardymą koncentravimo srityje, veikiant lazerio spindulių pluoštu didelio galingumo impulsais ir koncentravimo srities padėties keitimą gaminio viduje, sukuriant nustatyto pavidalo ženklą.The invention, according to International Application WO 94/14567, describes a method for internal labeling of a solid product comprising selecting a labeling site within the product to be labeled, concentrating the laser beam not absorbed by the product material at a selected location, impulses and changing the position of the concentration area inside the product, creating a fixed shape sign.
Didesnį ženklo kontrastą gauna , kai lazerio spindulio kryptis su ženklo stebėjimo kryptimi sudaro 90° kampą.Higher contrast of the mark is obtained when the direction of the laser beam is 90 ° with the direction of the mark observation.
Minėtoje tarptautinėje išradimo paraiškoje WO 94/14567 yra aprašytas kietos medžiagos gaminio vidinis ženklinimo įrenginys, susidedantis iš impulsinio lazerio, generuojančio didelio galingumo šviesos spindulių pluošto impulsus, fokusavimo įrenginio, kuris sukoncentruoja lazerio spindulių pluoštą gaminio viduje pasirinktoje srityje, ir priemonės , keičiančios atitinkamai spindulių fokusavimo srities padėtį gaminio viduje tam, kad sukurtų nustatyto pavidalo ženklą. Lazerio spindulių pluošto parametrus parenka taip, kad medžiaga būtų suardyta fokusavimo srityje ir nebūtų pažeista apie šią sritį.The aforementioned international patent application WO 94/14567 discloses an internal marking device for a solid product comprising a pulsed laser generating high power light beam pulses, a focusing device which concentrates the laser beam inside the product in a selected area, and means for changing the focal points accordingly. position of the area inside the product to create a fixed shape mark. The parameters of the laser beam are selected so that the material is disrupted within the focus area and is not compromised around this area.
Žinomo būdo ir įrenginio trūkumas yra tas , kad mažų gabaritų ženklinimas yra neryškus ir deformuotas , kadangi vykdant medžiagos suardymą gaminio viduje veikiant ją didelio galingumo ir vienodo intensyvumo visame pluošto skerspjūvyje lazerio spindulių pluošto impulsais (impulso energija - 50 mj, impulso trukmė - 10 -β s ir impulsų dažnis - 1 Hz) gali pasikeisti ne tik mechaninės suardytos medžiagos savybės , kurių dėka medžiagoje susidaro neskaidrumai ir simbolis yra matomas , tačiau šis poveikis sukuria ir vidinius įtempimus , kurie gali sukelti nekontroliuojamus skilimus aplink koncentravimo sritį ir siūlo pavidalo pramušimus , išeinančius į paviršių, dėl to negalima šiuo būdu ir įrenginiu gauti mažų matmenų suardytos srities , artimos sferai , kas mažina ženklinimo ryškumą ir iškreipia formą. Dėl to šiuo būdu ir įrenginiu negalima gauti labai mažų matmenų ženklinamus simbolius, daryti vidinius ženklinimus plonose detalėse ir gauti kontrastingus užrašus.The disadvantage of the known method and device is that the small size marking is blurred and deformed because of the high power and uniform intensity across the fiber cross-section of the product by laser beam pulses (pulse energy - 50 mj, pulse duration - 10 - β). s and pulse frequency - 1 Hz) not only can the mechanical properties of the material be altered, resulting in opacity and visualization of the material, but it also creates internal stresses that can cause uncontrolled decomposition around the concentration range and offer breakouts in the form of surface, which prevents the device and the device from obtaining a small disintegrated area close to the sphere, which reduces the brightness of the markings and distorts the shape. As a result, this device and device cannot receive very small-sized characters, make internal markings on thin details, and receive contrasting notes.
Išradimo uždavinys yra sukurti lazerinį ženklinimo būdą ir įrenginį , įgalinančius gauti mažų matmenų , kontrastingus ženklinamus simbolius skaidrios medžiagos gaminio viduje, taip pat atlikti ženklinimą gaminio plonose sienelėse.It is an object of the present invention to provide a laser marking method and device capable of obtaining small, contrasting marking symbols inside a transparent material article, as well as performing marking on the thin walls of the article.
Šio uždavinio sprendimo esmė yra ta, kad skaidrios medžiagos gaminio lazerinio ženklinimo būde , apimančiame ženklinimo vietos parinkimą gaminio viduje, lazerio spindulių pluošto , kurio neabsorbuoja gaminio medžiaga , koncentravimą pasirinktoje vietoje , gaminio medžiagos struktūros suardymą koncentravimo srityje veikiant ją lazerio spindulių pluošto impulsais ir ženklinamo simbolio formavimą, keičiant koncentravimo srities padėtį gaminio viduje, suardytą medžiagos struktūrą koncentravimo srityje gaminio viduje gauna dviem etapais, pirmame etape sumažina medžiagos atsparumą lazeriniam spinduliavimui koncentravimo srityje, o antrame etape minėtoje srityje vykdo medžiagos struktūros suardymą.The essence of the solution to this problem is that the transparent material in the laser marking method of the product comprises selecting a marking site inside the product, concentrating the laser beam not absorbed by the product material, disrupting the structure of the product material by concentration by laser beam pulses and forming, by changing the position of the concentration region inside the product, the disrupted material structure in the concentration area within the product is obtained in two steps, in the first step reducing the laser resistance of the material in the concentrating area and in the second step disrupting the material structure.
Medžiagos struktūros suardymą dviem etapais gauna veikiant medžiagą pasirinktoje vietoje mažiausiai dviem skirtingų parametrų lazerio impulsais , kurių pirmasis arba keli pirmieji impulsai jų koncentravimo srityje sumažina medžiagos atsparumą lazeriniam spinduliavimui , o toliau einantis arba keli toliau einantys impulsai minėtoje srityje suardo medžiagos struktūrą, dėl to ženklinama sritis tampa matoma. Vienas iš tokių parametrų yra lazerio impulsų intensyvumas .Vieno ar kelių pirmųjų lazerio impulsų intensyvumą parenka tokį, kad lazerio spindulių pluoštas jo koncentravimo srityje pakeistų medžiagos atsparumą lazeriniam spinduliavimui, t. y. jį sumažintų, o vieno ar kelių sekančių impulsų intensyvumą parenka mažesnį negu vieno ar kelių pirmųjų impulsų intensyvumas , tačiau kad jis ardytų medžiagos struktūrą srityje , kurioje dėl pirmojo (pirmųjų) impulsų poveikio sumažėjo medžiagos atsparumas lazeriniam spinduliavimui.The two-step disruption of the structure of the material is obtained by operating the material at a selected location on at least two laser pulses of different parameters, the first or first pulses in their concentration area reducing the laser resistance and the subsequent or multiple pulses in said area destroying the material structure. becomes visible. One such parameter is the intensity of the laser pulse. The intensity of one or more of the first laser pulses is selected such that the laser beam in its concentration area changes the resistance of the material to laser radiation, i. y. it would reduce it and select one or more successive pulses less than the intensity of one or more first pulses, but would disrupt the structure of the material in an area where the laser's radiation resistance was reduced by the first (first) pulse.
Tokiu būdu atitinkamai parinkus lazerio impulsų parametrus , kurie pirmojo etapo metu sumažina medžiagos atsparumą lazeriniam spinduliavimui, o antrojo etapo metu paveiktoje srityje atlieka medžiagos struktūros suardymą, sumažėja lazerio impulsų energija .reikalinga medžiagos suardymui. Kadangi įskilimų , atsirandančių dėl vidinių įtempimų aplink koncentravimo sritį, dydis yra proporcingas lazerio impulso energijos dydžiui, tai sumažėjus šių impulsų energijos dydžiui savaime sumažėja ir minėtų įskilimų dydis . Sumažėjus įskilimų dydžiui ženklinimas tampa kontrastingesnis ,o taip pat galima ženklinti smulkiais simboliais.In this way, by selecting the laser pulse parameters accordingly, which in the first step reduces the laser resistance of the material and in the second step performs the disintegration of the material structure in the affected area, the laser pulse energy required to destroy the material is reduced. Because the magnitude of the cracks due to internal stresses around the concentration area is proportional to the magnitude of the laser pulse energy, a reduction in the magnitude of the energy of these pulses automatically reduces the magnitude of said cracks. By reducing the size of the cracks, the marking becomes more contrasting and can also be marked with small symbols.
Ženklinamo simbolio matmenis dar labiau galima sumažinti, o kontrastingumą padidinti , jeigu lazerio spindulių pluoštas bus suformuotas taip, kad intensyvumas pluošto kraštuose būtų didžiausias, o centre mažiausias ,t.y. intensyvumo pasiskirstymas pluošte būtų žiedo formos.The size of the labeled symbol can be further reduced and the contrast enhanced if the laser beam is shaped such that the intensity at the edges of the beam is highest and centered at the lowest, i.e.. the intensity distribution in the fiber would be ring-shaped.
Aukščiau paminėtas efektas bus dar labiau padidintas , jeigu bus parinktas trumpiausias lazerio spindulio arba jo harmonikos bangos ilgis , kuriam gaminio medžiaga yra skaidri.The above effect will be further enhanced by selecting the shortest laser beam or its harmonic wavelength for which the material of the product is transparent.
Tokiu būdu pagal išradimą pasiūlytu lazerinio ženklinimo būdu galima :The laser marking method thus provided according to the invention can:
- daryti mažų matmenų įvairius ženklinamus simbolius (suardytos medžiagos struktūros sritis ir tarpus tarp jų galima gauti dešimčių mikronų eilės);- make small-sized, various markable symbols (tens of microns in order to obtain areas of disrupted material structure);
- daryti ženklinamus simbolius plonose detalėse , pavyzdžiui , kurių storis mažesnis už 0,5 mm;- apply markings on thin details, such as less than 0.5 mm thick;
- daryti ženklinamus simbolius ploname sluoksnyje po paviršiumi, pavyzdžiui, markiruoti grūdintą stiklą;- apply markings in a thin layer beneath the surface, for example, to mark tempered glass;
- gauti kontrastingus ženklinamus simbolius.- receive contrasting markings.
Siūlomas lazerinio ženklinimo būdas taip pat apima veiksmus, kurių metu nustato pirmųjų (mažiausiai vieno) impulsų sukelto medžiagos atsparumo lazeriniam spinduliavimui sumažėjimo laipsnį, kurį įvertinant parenka toliau einančių impulsų parametrus ,t. y. impulsų energijos tankį (intensyvumą), skaičių , trukmę, dažnumą ir kt., kuriuos atitinkamai keičiant gali valdyti suardytos medžiagos srities dydį bei formą.The proposed method of laser marking also includes the steps of determining the degree of reduction of laser radiation resistance caused by the first (at least one) pulse, which evaluates the parameters of the following pulses, i.e. y. pulse energy density (intensity), number, duration, frequency, etc., which can be controlled by the size and shape of the disrupted material area, respectively.
Kitu atveju vieno ar kelių pirmųjų impulsų sukelto medžiagos atsparumo sumažėjimo laipsnį nustato pagal srities , kurioje sukoncentruotas lazerio spindulių pluoštas , švytėjimo intensyvumą.Alternatively, the degree of decrease in material resistance caused by one or more of the first pulses is determined by the luminous intensity of the region in which the laser beam is concentrated.
Vienas iš tokių atvejų yra kai vieno ar kelių pirmųjų impulsų sukelto medžiagos atsparumo sumažėjimo laipsnį nustato pagal dydį (intensyvumą) akustinės bangos , sklindančios iš srities , kurioje koncentruojamas lazerio spindulių pluoštas.One such case is when the degree of material resistance reduction caused by one or more of the first pulses is determined by the magnitude (intensity) of the acoustic waves emanating from the area where the laser beam is concentrated.
Siekiant išspręsti minėtą uždavinį siūlomame įrenginyje, susidedančiame iš impulsinio lazerio, generuojančio tokio bangos ilgio šviesos spindulių pluoštą, kurio neabsorbuoja gaminio medžiaga, fokusavimo įrenginio , kuris sukoncentruoja lazerio spindulių pluoštą gaminio viduje pasirinktoje vietoje ir priemonės ,keičiančios koncentravimo srities padėtį gaminio viduje tam, kad būtų sukurtas ženklinantis simbolis , įvesta priemonė , užtikrinanti pirmame etape medžiagos atsparumo lazeriniam spinduliavimui sumažinimą lazerio spindulių koncentravimo srityje , o antrame etape medžiagos struktūros ardymą minėtoje srityje.To solve the above problem, the proposed device comprises a pulsed laser generating a wavelength beam of light which is not absorbed by the product material, a focusing device which concentrates the laser beam inside the product at a selected location and means for changing the position of the concentration region inside the product. a marking symbol was created, and a means was introduced to reduce the laser resistance of the material in the first stage in the area of laser beam concentration and in the second stage to disrupt the structure of the material in said area.
Minėta priemonė yra užtikrinanti medžiagos suardymą dviem etapais sukuriant skirtingus parametrus lazerio impulsų , veikiančių medžiagą koncentravimo srityje ir šių parametrų valdymą antrajame etape priklausomai nuo medžiagos atsparumo lazeriniam spinduliavimui sumažėjimo laipsnio paveikus lazerio impulsais pirmajame etape .The aforesaid means is to ensure the destruction of the material in two stages by creating different parameters of the laser pulses acting in the concentration field and controlling these parameters in the second stage depending on the degree of decrease of the laser resistance of the material by the laser pulses in the first stage.
Be to, įrenginys turi spindulių pluošto intensyvumo paskirstymo formuotuvą , esantį spindulių pluošto kelyje tarp impulsinio lazerio ir fokusavimo įrenginio ir formuojantį lazerio spindulių pluošto intensyvumo pasiskirstymą taip, kad didžiausias intensyvumas būtų pluošto kraštuose, o mažiausias jo centrinėje dalyje.In addition, the device has a beamform intensity distributing shaper located on the beam path between the pulsed laser and the focusing unit and shaping the laser beam intensity distribution with the highest intensity at the edges of the beam and the lowest intensity at its center.
įrenginyje panaudotas impulsinis lazeris .generuojantis spindulių pluoštą, kurio spindulio arba jo harmonikos bangos ilgis yra trumpiausias bangų ilgių intervale, kuriame gaminio medžiaga yra skaidri.The device employs a pulsed laser to generate a beam having a wavelength, or a harmonic, which is the shortest in the wavelength range in which the material is transparent.
Išradimas detaliau bus paaiškintas brėžiniais, kuriuose schemiškai pavaizduoti lazerinio ženklinimo įrenginiai.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The drawings, which schematically depict laser marking devices, will explain the invention in more detail.
Fig. 1 - lazerinio ženklinimo įrenginio pirmojo varianto scheminis vaizdas.FIG. 1 is a schematic view of a first embodiment of a laser marking device.
Fig. 2 - lazerinio ženklinimo įrenginio antrojo varianto scheminis vaizdas.FIG. 2 is a schematic view of a second embodiment of a laser marking device.
Pasiūlytas skaidrios medžiagos gaminio lazerinis ženklinimo būdas susideda iš tokios operacijų sekos: gaminio viduje pasirenka ženklinimo vietą, pasirinktoje vietoje koncentruoja lazerio spindulių pluošto impulsus , kurių neabsorbuoja gaminio medžiaga, medžiagos struktūros suardymą pluošto koncentravimo srityje vykdo dviem etapais, pirmame etape sumažina medžiagos atsparumą lazeriniam spinduliavimui koncentravimo srityje, o antrame etape suardo medžiagos struktūrą minėtoje srityje.The proposed method of laser marking of a transparent material product consists of the following sequence of operations: choosing a marking site inside the product, concentrating laser beam pulses at the chosen place which are not absorbed by the product material, performing two steps of fiber structure disintegration; and in the second step destroys the material structure in said area.
Medžiagos struktūros suardymą dviem etapais gauna veikiant medžiagą pasirinktoje vietoje mažiausiai dviem skirtingų parametrų lazerio impulsais, kurių pirmasis arba keli pirmieji impulsai jų koncentravimo srityje sumažina medžiagos atsparumą lazeriniam spinduliavimui , o toliau einantis arba keli toliau einantys impulsai minėtoje srityje suardo medžiagos struktūrą, dėl to ženklinama sritis tampa matoma. Vienas iš tokių parametrų yra lazerio impulsų intensyvumas .Vieno ar kelių pirmųjų lazerio impulsų intensyvumą parenka tokį, kad lazerio spindulių pluoštas jo koncentravimo srityje pakeistų medžiagos atsparumą lazeriniam spinduliavimui, t. y. jį sumažintų, o vieno ar kelių toliau einančių impulsų intensyvumą parenka mažesnį negu vieno ar kelių pirmųjų impulsų intensyvumas taip, kad jis suardytų medžiagos struktūrą srityje , kurioje dėl pirmojo (pirmųjų) impulsų poveikio sumažėjo medžiagos atsparumas lazeriniam spinduliavimui. Pavyzdžiui , atliekant ženklinimą silikatiniame stikle , pirmojo impulso intensyvumas nustatomas 1,5 - 2 kartus didesnis, negu po to toliau einančių impulsų. Tokiu būdu pasiekiamas suardytos medžiagos srities skersmuo ne didesnis kaip 50 mikronų.The two-step disruption of the structure of the material is obtained by operating the material at a selected location on at least two laser pulses of different parameters, the first or first pulses in their concentration area reducing the laser resistance and the subsequent or multiple pulses in said area destroying the material structure. becomes visible. One such parameter is the intensity of the laser pulse. The intensity of one or more of the first laser pulses is selected such that the laser beam in its concentration area changes the resistance of the material to laser radiation, i. y. and reducing the intensity of one or more subsequent pulses to less than the intensity of one or more of the first pulses so as to disrupt the structure of the material in an area where the laser resistance to radiation is reduced by the first (s) of the pulse. For example, in silicate glass labeling, the intensity of the first pulse is set at 1.5 to 2 times that of the subsequent pulses. This achieves a diameter of up to 50 microns in the region of the disrupted material.
Geresnis lazerinio ženklinimo būdo variantas yra tas, kai lazerio spindulių pluoštą .prieš jį sukoncentruojant pasirinktoje gaminio vietoje, suformuoja taip, kad intensyvumas pluoto kraštuose būtų didžiausias, o centre mažiausias,t.y. intensyvumo pasiskirstymas jo skerspjūvyje būtų žiedo formos. Pavyzdžiui, atliekant ženklinimą sapfyre (AI2O3) panaudojant žiedo formos pluoštą, pasiekiamas suardytos medžiagos srities skersmuo apie 15 mikronų, o naudojant įprastinį pluoštą suardytos srities matmenys būna 3 kartus didesni.A preferred embodiment of the laser marking method is to form the laser beam, prior to concentrating it at a selected location on the product, such that the intensity at the edges of the beam is highest and at the center, i.e. lowest. the intensity distribution in its cross-section would be ring-shaped. For example, labeling with sapphire (AI2O3) using a ring-shaped fiber achieves a diameter of about 15 microns in the region of the disintegrated material, and 3 times the size of the region of the disintegrated region.
Be to, lazerinio ženklinimo būdas apima pirmųjų (mažiausiai vieno) impulsų sukelto medžiagos atsparumo sumažėjimo laipsnio nustatymą , kurį įvertinant parenka toliau einančių impulsų parametrus,t. y. impulsų skaičių, energiją (intensyvumą) .trukmę .pasikartojimo dažnį , kuriuos keičiant gauna norimą suardytos srities dydį ir formą. Vienas iš medžiagos atsparumo sumažėjimo laipsnio nustatymo variantų yra toks, kai matuoja dydį (intensyvumą) akustinės bangos , sklindančios iš srities , kurioje koncentruojamas lazerio spindulių pluoštas arba kitu atveju matuoja švytėjimo intensyvumą koncentravimo srityje.In addition, the laser marking method includes determining the degree of material resistance reduction caused by the first (at least one) pulse, which evaluates the parameters of the subsequent pulses, i.e. y. the number of pulses, the energy (intensity). the duration .the repetition frequency that changes to give the desired size and shape of the disrupted area. One way to determine the degree of resistance of a material is to measure the magnitude (intensity) of the acoustic waves emitted from the area where the laser beam is concentrated or otherwise measure the intensity of the glow in the concentration area.
Aukščiau paminėtas efektas bus dar didesnis , jeigu bus parinktas trumpiausias lazerio spindulio arba jo harmonikos bangos ilgis , kuriam gaminio medžiaga yra skaidri.The effect mentioned above will be even greater if the shortest laser beam or its harmonic wavelength is selected for which the material of the product is transparent.
Vienas įrenginio variantų , realizuojančių pasiūlytą būdą .schemiškai pavaizduotas Fig. 1. Šis įrenginys turi impulsinį lazerį 1, kurio spindulių pluošto 2 kelyje yra fokusavimo įrenginys 3, koncentruojantis lazerio spindulių pluoštą 2 pasirinktoje koncentravimo srityje 4, esančioje skaidrios medžiagos gaminio 5 viduje, kur bus atliekamas ženklinimas . Fokusavimo įrenginys yra įtvirtintas pozicionavimo įtaise 6, kuris yra sujungtas su kontroleriu 7. Ženklinamas gaminys 5 yra ant judančios platformos 8, kuri yra sujungta su kontroleriu 9. Šalia fokusavimo įrenginio 3, pozicionavimo įtaise 6 yra įtvirtintas keitiklis 10, pavyzdžiui, optinis keitiklis, registruojantis plazmos švytėjimą koncentravimo srityje 4 arba akustinis keitiklis .registruojantis akustinę bangą , sklindančią iš koncentravimo srities 4 .Keitiklis 10 per suderinantįjį bloką 11 yra sujungtas su valdymo įrenginiu (kompiuteriu) 12, kurio atitinkami išėjimai sujungti su lazeriu 1 ir kontroleriais 7 ir 9. Skaidrus gaminys 5, kuriame norime atlikti ženklinimą, gali būti iš skaidraus stiklo, spalvoto stiklo, optinio kristalo, plastmasės. Gaminio medžiaga turi neabsorbuoti lazerio spindulių pluošto. Lazeris 1, pavyzdžiui, gali būti kieto kūno impulsinis lazeris toks kaip Nd-YAG lazeris. Kiti lazerio parametrai parenkami priklausomai nuo medžiagos ,iš kurios pagamintas gaminys 5. Apytikriai lazerio impulso energija turėtų būti apie 5 mJ, impulsų dažnis 50 Hz, impulsų trukmė 5-20 ns. Be to , lazerio spindulio arba jo harmonikos bangos ilgį parenka intervale , kuriame gaminio medžiaga yra skaidri, geriausiu atveju šiame intervale parenkamas trumpiausias bangos ilgis, pavyzdžiui, silikofininio stiklo atveju - 530nm.One embodiment of the device implementing the proposed method is schematically illustrated in FIG. 1. This device comprises a pulsed laser 1 having a focusing device 3 in the path of the beam 2 which concentrates the laser beam 2 in a selected concentration area 4 located inside the transparent material article 5 where labeling will be performed. The focusing device is mounted on the positioning device 6 which is connected to the controller 7. The marking product 5 is on a moving platform 8 which is connected to the controller 9. A converter 10, such as an optical transducer, is mounted next to the focusing device 3. a plasma glow in the concentration area 4 or an acoustic transducer. which registers an acoustic wave emanating from the concentration area 4. The transducer 10 is connected via a matching unit 11 to a control unit 12 having corresponding outputs connected to the laser 1 and the controllers 7 and 9. 5, where we want to carry the marking, can be made of clear glass, colored glass, optical crystal, plastic. The product material must not absorb the laser beam. Laser 1, for example, can be a solid-state pulsed laser such as an Nd-YAG laser. Other laser parameters are selected depending on the material of which the product is made. 5. The laser pulse energy should be approximately 5 mJ, pulse frequency 50 Hz, pulse duration 5-20 ns. In addition, the wavelength of the laser beam or its harmonic is selected in the range in which the material of the article is transparent, ideally the shortest wavelength in this range, for example 530 nm in the case of silicone glass.
Pirmiausiai pozicionavimo įtaisu 6 ir judama platforma 8 parenka lazerio spindulių pluošto koncentravimo sritį 4 gaminio 5 viduje. Paduoda vieną ar keletą pirmųjų lazerio impulsų , kurių poveikį medžiagai koncentravimo srityje 4 registruoja optinis keitiklis 10. Jeigu keitiklio išėjime signalo nėra, tuomet pirmųjų lazerio impulsų intensyvumas yra didinamas tol, kol atsiranda medžiagos pakitimai koncentravimo srityje, tačiau medžiagos struktūra dar nesuardyta. Tuomet atsiradęs elektrinis signalas keitiklio 10 išėjime patenka per suderinantįjį bloką 11 į kompiuterį 12, kuris nustato toliau einančių impusų tokius parametrus, kad pirmųjų impulsų paveikta medžiaga koncentravimo srityje būtų suardyta, t.y. susiformuotų neskaidri, šviesą barstanti sritis. Jeigu lazerio impulsų valdomas parametras yra impulsų intensyvumas, tai toliau einančių impulsų intensyvumas būna mažesnis negu pirmųjų impulsų intensyvumas. Pavyzdžiui, atliekant ženklinimą silikatiniame stikle pirmojo impulso intensyvumas nustatomas 1,5-5 kartus didesnis negu po to toliau einančių 2-5 impulsų intensyvumas. Tokiu būdu pasiekiamas suardytos medžiagos srities skersmuo ne didesnis, kaip 50 mikronų. Po to, kai įvyksta medžiagos struktūros suardymas nustatytoje koncentravimo srityje, kompiuteris 12 perduoda signalą pozicionavimo įtaisui 6 , ir lazerio spindulių pluošto koncentravimo sritis perkeliama gaminyje į kitą vietą ir analogiškai aprašytam atvejui vyksta medžiagos suardymas naujoje koncentravimo srityje. Iš tokių viena po kitos einančių operacijų formuojamas simbolis.First, the positioning device 6 and the movable platform 8 select the laser beam focus area 4 inside the article 5. Provides one or more of the first laser pulses whose effects on the material in the concentration domain 4 are recorded by the optical transducer 10. If there is no signal at the output of the transducer, the intensity of the first laser pulses is increased until the material changes in concentration. The resulting electrical signal at the output of the transducer 10 passes through the matching unit 11 to the computer 12, which determines the parameters of the subsequent pulses so that the material affected by the first pulses is disrupted, i.e. an opaque, light-scattering area would form. If the parameter controlled by the laser pulse is the pulse intensity, the intensity of the following pulses is lower than the intensity of the first pulses. For example, in silicate glass labeling, the intensity of the first pulse is set at 1.5 to 5 times that of the subsequent 2 to 5 pulses. This achieves a diameter of up to 50 microns in the region of the disrupted material. After the material structure is disrupted within the defined concentration area, the computer 12 transmits a signal to the positioning device 6, and the laser beam concentration area is moved to another location in the article and, similarly, to the new concentration area. Such successive operations form a symbol.
Fig. 2 pavaizduotas kitas įrenginio variantas turi visus tuos pačius mazgus kaip ir įrenginys, parodytas fig. 1 ,tik dar papildomai turi lazerio impulsų intensyvumo paskirstymo formuotuvą 13, esantį lazerio spindulių pluošto 2 kelyje tarp impulsinio lazerio 1 ir fokusavimo įrenginio 3. Formuotuvas 13 paskirsto intensyvumą lazerio spindulių pluošte taip, kad didžiausias intensyvumas būtų pluošto kraštuose , o mažiausias - centrinėje dalyje. Tokiu formuotuvu gali būti teleskopas , išplečiantis lazerio spindulių pluoštelį ir neskaidrus disko formos ekranas , uždengiantis išplėsto pluoštelio centrinę dalį arba dvi vienodos kūgio formos optinės detalės , išdėstytos viena prieš kitą nukreiptais kūgio pagrindais (brėžinyje neparodyta). Esant tokiam intensyvumo pasiskirstymui lazerio spindulių pluoštas , patenkantis ant fokusavimo įrenginio lęšio, yra žiedo formos ir tokios formos pluoštą koncentruojant gaminio pasirinktoje srityje ir vykdant aukščiau aprašytą dviejų etapų medžiagos suardymą pasiekiamas ženklinamo simbolio dar didesnis kontrastingumas ir gaunami mažesni gabaritai. Pavyzdžiui , atliekant ženklinimą sapfyre (AI2O3) panaudojant žiedo formos pluoštą pasiekiamas suardytos medžiagos srities skersmuo apie 15 mikronų, o naudojant jprastinj pluoštą suardytos srities matmenys minėtoje medžiagoje būna 3 kartus didesni.FIG. Another embodiment of the device shown in Figure 2 has all the same units as the device shown in FIG. 1, only additionally has a laser pulse intensity distribution shaper 13 located on the path of the laser beam 2 between the pulsed laser 1 and the focusing device 3. The shaper 13 distributes the intensity in the laser beam so that the highest intensity is at the beam edges. Such a shaper may consist of a telescope extending a laser beam and an opaque disk-shaped screen covering the central portion of the expanded beam, or two identical conical optical members disposed at opposite cone bases (not shown). At this intensity distribution, the laser beam incident on the lens of the focusing device is annular and concentrating such a beam in the selected region of the article and performing the above described two-step disintegration results in even greater contrast and reduced size of the labeled symbol. For example, in sapphire labeling (Al2O3), the annular fiber achieves a diameter of about 15 microns in the region of the disintegrated material, while the size of the disintegration region in the conventional fiber is 3 times greater.
Claims (17)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT95-051A LT4108B (en) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | Method and apparatus for laser marking of products from transparent materials |
| AT96106863T ATE213681T1 (en) | 1995-05-12 | 1996-05-01 | METHOD AND DEVICE FOR MARKING PRODUCTS MADE OF TRANSPARENT (SOLID) MATERIALS USING LASER |
| DE59608777T DE59608777D1 (en) | 1995-05-12 | 1996-05-01 | Method and device for marking products made of transparent (solid) materials using a laser |
| EP96106863A EP0743128B1 (en) | 1995-05-12 | 1996-05-01 | Process and device for marking products of transparent (solid) material with a laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT95-051A LT4108B (en) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | Method and apparatus for laser marking of products from transparent materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT95051A LT95051A (en) | 1996-11-25 |
| LT4108B true LT4108B (en) | 1997-01-27 |
Family
ID=19721634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT95-051A LT4108B (en) | 1995-05-12 | 1995-05-12 | Method and apparatus for laser marking of products from transparent materials |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0743128B1 (en) |
| AT (1) | ATE213681T1 (en) |
| DE (1) | DE59608777D1 (en) |
| LT (1) | LT4108B (en) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19728766C1 (en) * | 1997-07-07 | 1998-12-17 | Schott Rohrglas Gmbh | Use of a method for producing a predetermined breaking point in a vitreous body |
| DE19925801B4 (en) * | 1999-06-03 | 2005-03-10 | Fraunhofer Ges Forschung | Method and device for the controllable change of the point size in the laser interior engraving |
| DE10015702A1 (en) * | 2000-03-29 | 2001-10-18 | Vitro Laser Gmbh | Method for introducing at least one internal engraving into a flat body and device for carrying out the method |
| US6333486B1 (en) | 2000-04-25 | 2001-12-25 | Igor Troitski | Method and laser system for creation of laser-induced damages to produce high quality images |
| US6417485B1 (en) | 2000-05-30 | 2002-07-09 | Igor Troitski | Method and laser system controlling breakdown process development and space structure of laser radiation for production of high quality laser-induced damage images |
| US6399914B1 (en) | 2000-07-10 | 2002-06-04 | Igor Troitski | Method and laser system for production of high quality laser-induced damage images by using material processing made before and during image creation |
| US6490299B1 (en) | 2000-07-20 | 2002-12-03 | Troitski | Method and laser system for generating laser radiation of specific temporal shape for production of high quality laser-induced damage images |
| US6426480B1 (en) | 2000-08-30 | 2002-07-30 | Igor Troitski | Method and laser system for production of high quality single-layer laser-induced damage portraits inside transparent material |
| US6509548B1 (en) | 2000-10-04 | 2003-01-21 | Igor Troitski | Method and laser system for production of high-resolution laser-induced damage images inside transparent materials by generating small etch points |
| US6768080B2 (en) * | 2001-12-17 | 2004-07-27 | Troitski | Method for production of laser-induced damage images with special characteristics by creating damages of special space shape |
| US6727460B2 (en) | 2002-02-14 | 2004-04-27 | Troitski | System for high-speed production of high quality laser-induced damage images inside transparent materials |
| US6630644B2 (en) | 2002-02-19 | 2003-10-07 | Troitski | Method creating damage arrangement for production of 3D laser-induced damage portraits inside transparent materials |
| US6664501B1 (en) * | 2002-06-13 | 2003-12-16 | Igor Troitski | Method for creating laser-induced color images within three-dimensional transparent media |
| US6720523B1 (en) * | 2002-09-23 | 2004-04-13 | Igor Troitski | Method for production of laser-induced images represented by incomplete data, which are supplemented during production |
| US6740846B1 (en) | 2003-03-27 | 2004-05-25 | Igor Troitski | Method for production of 3D laser-induced head image inside transparent material by using several 2D portraits |
| DE10356223A1 (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-30 | Mtu Aero Engines Gmbh | Method, device and test piece for testing a component, and use of the method and the device |
| US8541105B2 (en) | 2005-08-18 | 2013-09-24 | Oerlikon Trading Ag, Trubbach | Transparent substrates with dielectric layer having a marking below the surface of the transparent substrate |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992003297A1 (en) | 1990-08-15 | 1992-03-05 | United Distillers Plc | Sub-surface marking |
| WO1994014567A1 (en) | 1992-12-18 | 1994-07-07 | Firebird Traders Ltd. | Process and apparatus for etching an image within a solid article |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2315060A1 (en) * | 1975-06-18 | 1977-01-14 | Cibie Projecteurs | FIXING AND ADJUSTMENT DEVICE FOR COMPLEMENTARY PROJECTOR |
| JPH0471792A (en) * | 1990-07-10 | 1992-03-06 | Fujitsu Ltd | Marking method |
| DE4033300C2 (en) * | 1990-10-19 | 1994-06-23 | Gao Ges Automation Org | Multi-layer, card-shaped data carrier and method for producing the same |
| JPH0776167A (en) * | 1993-09-08 | 1995-03-20 | Miyachi Technos Kk | Laser marking method |
| DE4407547C2 (en) * | 1994-03-07 | 1996-05-30 | Swarovski & Co | Body made of transparent material with a marking and process for its production |
-
1995
- 1995-05-12 LT LT95-051A patent/LT4108B/en not_active IP Right Cessation
-
1996
- 1996-05-01 EP EP96106863A patent/EP0743128B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-05-01 DE DE59608777T patent/DE59608777D1/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-05-01 AT AT96106863T patent/ATE213681T1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992003297A1 (en) | 1990-08-15 | 1992-03-05 | United Distillers Plc | Sub-surface marking |
| WO1994014567A1 (en) | 1992-12-18 | 1994-07-07 | Firebird Traders Ltd. | Process and apparatus for etching an image within a solid article |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0743128B1 (en) | 2002-02-27 |
| LT95051A (en) | 1996-11-25 |
| DE59608777D1 (en) | 2002-04-04 |
| ATE213681T1 (en) | 2002-03-15 |
| EP0743128A1 (en) | 1996-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| LT4108B (en) | Method and apparatus for laser marking of products from transparent materials | |
| US6399914B1 (en) | Method and laser system for production of high quality laser-induced damage images by using material processing made before and during image creation | |
| US6417485B1 (en) | Method and laser system controlling breakdown process development and space structure of laser radiation for production of high quality laser-induced damage images | |
| JPH07136782A (en) | Method and device for forming image on inside of transparent material using pulse laser beam | |
| EP2288845B1 (en) | Lighting apparatus | |
| US6664501B1 (en) | Method for creating laser-induced color images within three-dimensional transparent media | |
| US6670576B2 (en) | Method for producing images containing laser-induced color centers and laser-induced damages | |
| CN107073642A (en) | The system and method for processing transparent material using length and the adjustable laser beam focal line of diameter | |
| US20050068999A1 (en) | Device for forming visible image in air | |
| US6596967B2 (en) | Laser based etching device | |
| WO1997016387A1 (en) | Laser-based method of forming an image in transparent objects | |
| KR20010095011A (en) | Method and apparatus using laser pulses to make an array of microcavity holes | |
| KR20030032804A (en) | Method of laser marking and apparatus therefor | |
| US20060249490A1 (en) | Method and device for producing subsurface markings in a transparent material body | |
| TW200808478A (en) | Methods and apparatus for processing a pulsed laser beam to create apertures through microlens arrays, and products produced thereby | |
| JPH11267861A (en) | Marking of optical transmitting material | |
| US6100967A (en) | Monitoring of covert marks | |
| RU2087322C1 (en) | Method of forming image inside material of an article and article containing formed image | |
| JP4395110B2 (en) | Marking method for transparent material and apparatus using the same | |
| US20060175312A1 (en) | Method and system for production of dynamic laser-induced images inside gaseous medium | |
| JPH09206965A (en) | Laser marking device | |
| LT4272B (en) | Method and apparatus for laser marking identification symbols within the body of the product made from transparent material | |
| RU2288845C1 (en) | Device for generating images with high resolution inside transparent or low-transparency solid material | |
| JP2599508B2 (en) | Opaque processing method and apparatus | |
| JP2854149B2 (en) | Laser processing equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20050512 |